32 33 共射极放大电路及图解分析法

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,3.1.1 BJT,的结构简介,3.1,半导体三极管（,BJT,）,3.1.2 BJT,的电流分配与放大原理,3.1.3 BJT,的特性曲线,3.1.4 BJT,的主要参数,NPN,型,PNP,型,基本参数,限值参数,3.2,共射极放大电路,基本放大电路组成,简单工作原理,放大电路的静态和动态,直流通路和交流通路,放大的概念,1,、放大的概念,放大,一般是指把微弱的电信号增强到所要求的数值；,基本,放大电路,一般,是指由一个三极管组成的三种基本组态放大电路，利用三极管的电流控制作用把微弱的电信号（电压或电流）在幅度上得到放大，使输出信号的能量得到加强。,在放大电路中，输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之,转换成信号能量,，提供给负载。,2,、共射极,放大电路的组成,v,o,v,i,V,CC,三 极 管,T,负载电阻,R,C,、,R,L,偏置电路,V,CC,、,R,b,耦合电容,C,1,、,C,2,将变化的集电极电流,转换为电压输出,使三极管工作在线性区,给输出信号提供能量,起隔直作用,对交流起耦合的作用,组成原则：,1,、发射结正偏，集电结反偏,2,、输入信号能加到三极管上,3,、输出信号能有效地传送到负载,4,、不失真地放大信号,起放大作用,Vi=0,Vi=,Vsin,t,3,、,简单工作原理,4.,放大电路的两种工作状态（,静态和动态）,静态：,输入信号为零时，放大电路的工作状态，也称,直流工作状态,。,动态：,输入信号不为零时，放大电路的工作状态，也称,交流工作状态,。,电路处于静态时,三极管各电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点,称为,静态工作点,常称为,Q,点,.,常用,I,B,、,I,C,和,V,CE,(,或,I,BQ,、,I,CQ,和,V,CEQ,),表示。,#,放大电路为什么要建立合适的静态工作点？,工作点偏低,工作点偏高,工作点合适,5.,直流通路和交流通路,交流通路,共射极放大电路,画直流通路的原则：耦合电容相当于开路；,画交流通路的原则：直流电源和耦合电容对,交流相当于短路。,直流通路,作业,P141 - 3.2.1,3.3,图解分析法,用近似估算法求静态工作点,用图解分析法确定静态工作点,交流通路及交流负载线,输入交流信号时的图解分析,BJT,的三个工作区与波形失真,输出功率和功率三角形,3.3.1,静态工作情况分析,3.3.2,动态工作情况分析,*,静态,v,i,=0,时，放大电路的工作状态，也称,直流工作状态,。,静态分析,确定放大电路的静态值,I,BQ,、,I,CQ,、,V,CEQ,即静态工作点,Q,。,静态工作点的位置直接影响放大电路的质量。,静态分析方法,计算法,图解分析法,要借助于放大电路的,直流通路，,直流通路,是直流电流的通路。,只要将电路中的耦合电容和旁路电容开路，即可得到直流通路。,V,o,V,i,V,CC,3.3.1,静态工作情况分析,V,CC,I,BQ,I,CQ,V,BEQ,V,CEQ,Si,管：,V,BEQ,=0.6V0.7V,Ge,管,: V,BEQ,=0.2V0.3V,（,2,）求静态值,（,1,） 首先画出直流通路,求解顺序是先求,I,BQ,I,CQ,V,CEQ,V,CEQ,=V,CC,-I,CQ,R,C,1.,计算法,3.3.1,静态工作情况分析,2.,图解法,放大电路的输入和输出直流负载线,三极管的输入和输出特性曲线,确定静态工作点,（,1,）由输入特性曲线和输入直流负载线求,I,BQ,、,V,BEQ,V,CC,I,B,I,C,V,BE,V,CE,V,BE,=V,CC,-,I,B,R,b,直流负载线,i,B,V,BE,V,cc,/R,b,V,cc,I,BQ,V,BEQ,Q,- 1/R,b,作出直流负载线，直流负载线和输入特性曲线的交点即是静态工作点,Q,，由,Q,可确定,I,BQ,、,V,BEQ,3.3.1,静态工作情况分析,求两点,I,B,=0 V,BE,=V,CC,V,BE,=0 I,B,=V,CC,/,R,b,V,CE,=V,CC,-,I,C,R,c,直流负载线,（,2,）由输出特性曲线和输出直流负载线求,I,CQ,、,V,CEQ,V,CC,I,B,I,C,V,BE,V,CE,求两点,I,C,=0 V,CE,=V,CC,V,CE,=0 I,C,=V,CC,/,R,c,作出直流负载线，它和输出特性曲线有,多个交点,。只有与,i,B,=I,BQ,对应的那条曲线的交点才是静态工作点。,2.,图解法,3.3.1,静态工作情况分析,若改变,I,B,，,便可改变静态工作点的位置，从而影响放大电路的放大质量。,动态,输入信号,v,i,0,时放大电路的工作状态，也称,交流工作状态。,动态分析要借助于交流通路,动态,分析,确定放大电路的放大倍数,A,V,或,A,I,，输入电阻,r,i,和输出电阻,r,o,(1),将放大电路中电容视作短路；,1,、交流通路的画法：,(2),直流电源内阻很小，对交流信号可视作短路。,3.3.2,动态工作情况分析,v,o,v,i,V,CC,v,o,v,i,I,i,I,c,I,b,v,i,v,BE,V,BE,t,v,o,v,o,v,i,V,CC,v,o,v,i,I,i,I,c,I,b,2.,放大电路的工作过程,当交流信号,加到放大器输入端时,管子各点的电压和电流将在静态值基础上叠加一交流分量,电路中的信号,既,有直流又有交流。,vo,与,Vi,的相差为,180,0,由交流通路得纯交流负载线：,共射极放大电路,交流通路,i,c,v,ce,+,-,v,ce,= -,i,c,(,R,c,/,R,L,),因为交流负载线必过,Q,点，即,v,ce,=,v,CE,- V,CEQ,i,c,=,i,C,- I,CQ,同时，令,R,L,=,R,c,/,R,L,3.,交流通路及交流负载线,则可求出交流负载线：,v,CE,- V,CEQ,= -(,i,C,-,I,CQ,),R,L,即,i,C,= (-1/,R,L,),v,CE,+,(1/,R,L,),V,CEQ,+,I,CQ,过输出特性曲线上的,Q,点做一条斜率为,-,1/,R,L,直线，该直线即为交流负载线。,R,L,=,R,L,R,c,，,是交流负载电阻。,交流负载线是有交流输入信号时,Q,点的运动轨迹。,3.3.2,动态工作情况分析,I,bm,I,cm,U,om,不截止,U,cm1,不饱和,U,cm2,4.,输入交流信号时的图解分析,4.,输入交流信号时的图解分析,3.3.2,动态工作情况分析,共射极放大电路,通过图解分析，可得如下结论：,1.,v,i,v,BE,i,B,i,C,v,CE,|-,v,o,|,2.,v,o,与,v,i,相位相反；,3.,可以测量出放大电路的电压放大倍数；,4.,可以确定最大不失真输出幅度,。,#,动态工作时，,i,B,、,i,C,的实际电流方向是否改变，,v,CE,的实际电压极性是否改变？,5. BJT,的三个工作区与波形失真,饱和区特点：,i,C,不再随,i,B,的增加而线性增加，即,此时,截止区特点：,i,B,=0,，,i,C,=,I,CEO,。当工作点进入饱和区或截止区时，将产生,非线性失真,。,v,CE,=,V,CES,，,典型值为,0.3V,。,3.3.2,动态工作情况分析,放大区特,点：,BJT,输出特性比较平坦，接近于恒流特性，在这个区域符合,i,B,=,i,C,的规律，是放大器的工作部分。,特性曲线,判断三极管工作状态的依据：,饱和区,:,发射结正偏，集电结正偏,截止区：,发射结反偏，集电结反偏,或：,U,be,0.5V（Si),|U,be,|,0.2V,（,Ge,),放大区,:,发射结正偏，集电结反偏,i,C,u,CE,u,o,Q,点过低，动态工作点进入截止区会产生截止失真,输出波形,输入波形,i,b,由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于,NPN,管，输出电压表现为顶部失真。,i,C,u,CE,i,b,输入波形,u,o,输出波形,由于放大电路的工作点到达了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于,NPN,管，输出电压表现为底部失真。,Q,点过高，动态工作点进入饱和区会产生饱和失真,饱和失真,截止失真,由于放大电路的工作点,到达了三极管的饱和区,而引起的非线性失真。,由于放大电路的工作点,到达了三极管的截止区,而引起的非线性失真。,波形的失真,双向失真,放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：,1.,工作点,Q,要设置在输出特性曲线放大区的中间部位。,2.,要有合适的交流负载线。,3.,输入信号的幅度不能太大。,静态工作点位置合适，但信号过大所引起的非线性失真。,*,6.,输出功率和功率三角形,要想,P,O,大，就要使功率三角形的面积大，即必须使,V,om,和,I,om,都要大。,功率三角形,放大电路向电阻性负载提供的,输出功率,在输出特性曲线上，正好是三角形,ABQ,的面积，这一三角形称为,功率三角形,。,3.3.2,动态工作情况分析,共射极放大电路,放大电路如图所示。已知,BJT,的,=80,，,R,b,=300k,，,R,c,=2k,，,V,CC,= +12V,，,求：,（,1,）放大电路的,Q,点。此时,BJT,工作在哪个区域？,（,2,）当,R,b,=100k,时，放大电路的,Q,点。此时,BJT,工作在哪个区域？（忽略,BJT,的饱和压降）,解：,（,1,）,（,2,）当,R,b,=100k,时，,静态工作点为,Q,（,40uA,，,3.2mA,，,5.6V,），,BJT,工作在放大区。,其最小值也只能为,0,，即,I,C,的最大电流为：,所以,BJT,工作在饱和区。,V,CE,不可能为负值，,此时，,Q,（,120uA,，,6mA,，,0V,），,例题,作业,P142 - 3.3.2,、,3.3.5,、,3.3.6,